Handhabungstechnik

Ein Stück vom Kreis

Werkstückhandhabung mit Schwenkeinheiten

Der berühmte griechische Philosoph Pythagoras, er lebte etwa von 580 vor Christi bis um 500 vor Christi, soll seinerzeit eine gründliche Bildung genossen haben, auch im Bereich der Technik. Selbst hat er wohl nichts von seinen Lehren aufgeschrieben, aber die zehn pythagoreischen Gegensatzpaare sollen von ihm stammen und sind uns überliefert. Eines dieser Gegensatzpaare ist ,,gerade – gekrümmt". Die Gerade hat man als das Bessere angesehen, sicherlich weil sie die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten darstellt. Das begründet gewiss auch den großen Erfolg der Lineartechnik beim Automatisieren von Bewegungsabläufen. In der Handhabungs- und Montagetechnik lässt sich aber oft eine Bewegungsaufgabe auf gekrümmter Bahn mit Schwenkeinheiten ebenso günstig lösen, vor allem dann, wenn man auf bewährte Pneumatik-Module zurückgreift. Das Hineinschwenken in die Wirkzone eines Arbeitsmittels hat mitunter Vorteile und ist raumsparend ausführbar. Und in der Prozessautomation benötigen viele Stellorgane zur Regulierung von Stoffströmen eine Schwenkbewegung von beispielsweise 90 Grad.

Richtungswechsel inklusive

Bei der Zuführung von Werkstücken nehmen diese im Verlauf der Handhabung verschiedene Orientierungen im Raum ein. Im Gegensatz zu linearen Bewegungseinheiten ändert ein Werkstück, das auf einem Kreisbogen bewegt wird, nicht nur die Position, sondern auch die Orientierung. Das kann man ausnutzen, wenn zum Beispiel eine Spannstelle mit einem Rohteil zu beschicken und ein Richtungswechsel der Werkstück-Hauptachse unumgänglich ist. Ein solcher Fall wird in Bild 1 vorgestellt. Der Einschieber dient als Vereinzeler und bewegt ein Werkstück von der Magazinrinne in die Prismabacken des Greifers. Das Teil wird gegriffen und dann aus der Position I in die Position II geschwenkt. Es wird gespannt und bearbeitet. Nach der Bearbeitung öffnet sich das Spannmittel und das Werkstück fällt von selbst in einen Sammelbehälter. Man wird eine solche Vorrichtung als Anbauversion an eine Arbeitsmaschine mit vertikaler Arbeitsspindel gestalten, gewissermaßen im Huckepack. Mit der Länge des Schwenkarms kann man diese Konstruktion leicht an die maßlichen Gegebenheiten der Arbeitsmaschine anpassen. Oft ist auch ein größerer Abstand wegen des Spänefalls in der Wirkzone notwendig. Das weiche Einfahren in die Positionen wird in der Regel über eingebaute hydraulische Stoßdämpfer gesichert.

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Komfortable Schwenkeinheit

Natürlich werden auch die pneumatischen Schwenkeinheiten konstruktiv weiterentwickelt und weisen heute hervorragende Leistungsdaten auf. Dazu gehört, dass man eine Mittelstellung anfahren kann, dass man die Winkelposition stufenlos feineinstellen kann und dass die Mittelstellung verriegelbar ist, so dass auch in dieser Winkelstellung bestimmte Prozesskräfte aufgenommen werden können, ohne dass die Position abdriftet. Die Schwenkwinkel werden magnetisch oder induktiv mit einsteckbaren Sensoren überwacht.

Die Mittelstellung kann je nach Ausführung pneumatisch oder mechanisch verriegelt werden. Mit Pneumatik besteht eine gewisse Nachgiebigkeit in der Zwischenposition. Ein Anwendungsbeispiel wird in Bild 3 gezeigt. Es ist eine Doppelanwendung von Schwenkeinheiten, die über ein Parallelkurbelgetriebe miteinander verbunden sind. Die Kolben im Zahnstange-Ritzel-System lassen sich wahlweise einfach oder doppelt mit Druckluft beaufschlagen, je nach Bauausführung der Einheit. Außerdem verdoppelt sich das aufbringbare Drehmoment bei einer Parallelanordnung von Schwenkeinheiten, was zum Beispiel für Umsetzer der gezeigten Form bezüglich Tragfähigkeit wichtig sein kann. Die Stellungen I und III sind die Übernahme- bzw. Übergabeposition beispielsweise für einen Werkstückträger und die Position II ist die Arbeitsposition, zum Beispiel Beschriften mit einem Laserstrahl, Prüfen oder Feinbearbeiten. Was man der Schwenkeinheit nicht ansieht, steckt als Neuerung im Innern. Die Kolben bewegen sich nämlich in einer auswechselbaren Laufbuchse (was man auch bei Verbrennungsmotoren finden kann). Bei Verschleiß muss nun nicht mehr das gesamte Gehäuse ausgetauscht werden, sondern nur noch die Laufbuchse. Das verbessert die Reparaturfähigkeit entscheidend, verlängert die Nutzungsdauer der Einheit und wirkt somit auch kostensenkend.

Weil die Schwenkeinheit in sechs Baugrößen verfügbar ist, lassen sich auch Handhabungseinrichtungen baugrößengestuft, das heißt mit drehmomentgerechten Modulen (gestuft mit Faktor Wurzel aus 2), aufbauen. Ein solches Beispiel wird in Bild 4 vorgestellt. Die Schwenkeinheit bewegt auch hier jeweils eine Parallelkurbel. Dadurch wird gesichert, dass sich der Greifer immer in einer parallelen Ebene zur Basis bewegt. Bei Nutzung von Mittelstellungen kann der Endeffektor neun verschiedene Positionen einnehmen, was oft beim Entladen oder Beschicken von Maschinen schon ausreichend sein kann. Auch dieses zweiachsige Handlinggerät stellt eine maschinenintegrierte Sonderlösung dar. Mit den Abmessungen des Parallelkurbelgetriebes ist die Größe des Arbeitsraumes bzw. die Armreichweite gestaltbar und eine Anpassung an die vorhandenen Freiräume um die Spannstelle der Arbeitsmaschine möglich. Auch eine Parkposition für den Greifer kann man per Programm einrichten.

Schnelle Pick-and-Place-Technik

Kombinierbare Baukastenmodule erleichtern dem Konstrukteur die Arbeit sehr, wenn er eine einfache Einlegeeinrichtung gestalten will. Für den typischen C-Bewegungszyklus lassen sich als Funktionsträger Schwenkeinheit und Kurzhubzylinder miteinander verheiraten, wie es in Bild 5 zu sehen ist. Die Endpositionen werden gedämpft angefahren und sind feineinstellbar. Auch hier lässt sich der Auslegearm an die erforderliche Reichweite anpassen. Er kann gerade oder abgewinkelt sein. Wie man sieht, ist der Umfang an Eigenbauteilen sehr gering und beschränkt sich eigentlich nur auf den Arm. Das begünstig auch den nachträglichen Anbau an bereits vorhandene Arbeitsmittel. Oft ist also die Kombination von ,,gekrümmt" und ,,gerade" die ideale Kombination bei der Festlegung der Bewegungsbahn und da müssen wir nicht erst beim ehrwürdigen Philosophen Pythagoras nachfragen.Stefan Hesse

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